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岩溶地面塌陷是岩溶地区的地质灾害类型,近年来,随着岩溶地区国民经济建设的飞速发展,尤其是矿山开发活动,岩溶地面塌陷的问题日益突出,严重地威胁当地人民生命财产安全,同时也制约了当地社会、经济、环境的协调发展。湖南道县后江桥铁锰铅锌矿是一典型的岩溶充水矿床,该矿山岩溶十分发育、地下水非常丰富,在未来开发过程中必将大大改变该区的地质环境条件,可能诱发严重的岩溶地面塌陷问题。
本文在对国内外岩溶地面塌陷研究理论和实际的分析基础上,系统研究了岩溶地面塌陷的形成机理,并以后江桥矿区为例,对其岩溶地面塌陷的形成条件进行了系统的分析研究,阐明了该地区岩溶地面塌陷的类型和形成机理,在此基础上,对研究区岩溶地面塌陷进行了危险性分区,并结合未来矿山可能实施的防排水方案情况下的地下水渗流场的特征,对各种防排水方案条件下发生岩溶地面塌陷的危害程度进行了研究。
本次研究主要获得以下成果:
1、对岩溶地面塌陷灾害的形成机理进行了系统研究,归纳了四种主要岩溶地面塌陷的类型及其形成过程和力学机制;
2、从地质背景条件、岩溶发育条件、覆盖层特征和水文地质条件等多方面系统分析、研究了湖南道县后江桥矿区岩溶地面塌陷的形成条件,认为:该矿区在未来矿山开发活动中诱发岩溶地面塌陷灾害的可能性极大;
3、在上述研究基础上,进一步根据岩溶地面塌陷的形成条件,运用模糊综合评判方法,对本矿区岩溶地面塌陷灾害进行了危险性分区,结果表明:研究区南部(豹虎山村-塘头窝以南)属于岩溶地面塌陷弱发育区;研究区北部(豹虎山村-塘头窝以北)属于岩溶地面塌陷中等至强发育区,其中东部属于岩溶地面塌陷中等发育区,而西部属于岩溶地面塌陷强烈发育区,本矿主要矿体就位于岩溶地面塌陷强烈发育区内;
4、运用先进的地下水数值模拟方法,对未来矿山开采过程中可能实施的三种防排水方案条件下的地下水渗流场进行了数值模拟,通过对现状渗流场特征与未来三种渗流场特征的对比分析研究表明:车子江防渗堵水条件下,矿山开采过程中对地下水流场改变的幅度最大,最有利于岩溶地面塌陷灾害的发生;对单个矿体单独采取帷幕注浆堵水,是三个方案中对地下水渗流场改变最小的一种方案,最不利于岩溶地面塌陷灾害的发生;因此,从岩溶地面塌陷灾害的防治角度,我们推荐矿体单独帷幕注浆堵水方案。
总之,本文通过理论分析与实际相结合、定性分析与定量计算相结合,对道县后江桥矿区岩溶地面塌陷灾害的形成条件和危险性进行了较系统的研究,对于该矿山开采设计方案的制定和岩溶地面塌陷灾害的预测与防治提供了详细的科学依据。同时对类似岩溶充水矿床岩溶地面塌陷灾害的研究与防治具有重要的参考价值。